Question

19．已知草酸分子式為H₂C₂O₄，屬于弱酸，具有還原性；草酸鈣、草酸鎂等鹽難溶于水．用工業(yè)硝酸鍶（含有Ba²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺及其它重金屬等雜質(zhì)）制備高純度碳酸鍶的工業(yè)流程如圖．

（1）寫出步驟①反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式Ba²⁺+Cr₂O₇^2-=BaCr₂O₇↓．
（2）寫出步驟②反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式3H₂C₂O₄+8H⁺+Cr₂O₇^2-=2Cr³⁺+6CO₂↑+7H₂O．
（3）已知：Ksp[Cr（OH）₃]=6.4×10^-31，通過計(jì)算說明步驟③用氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值在≥5.6范圍，才能保證Cr³⁺沉淀完全．
（4）步驟④在除去Ca²⁺、Mg²⁺及重金屬雜質(zhì)時(shí)加入氨水的目的是增大硫離子濃度，使所有重金屬雜質(zhì)沉淀除去．
（5）步驟⑤成鹽時(shí)，用氨水控制溶液pH在7～8之間的原因是將碳酸氫根離子轉(zhuǎn)化為碳酸根離子，確保生成碳酸鍶沉淀．
（6）步驟⑥在200°C烘干的目的是使碳酸鍶上吸附的銨鹽分解完全．

Answer 1

分析 硝酸鍶用水溶解，加入重鉻酸銨除鋇得到BaCr₂O₇沉淀，過濾分離，濾液中加入硝酸、草酸還原Cr₂O₇^2-，再加入氨水中和、沉淀得到Cr（OH）₂，可知Cr₂O₇^2-被還原為Cr³⁺，草酸被氧化為二氧化碳，再過濾分離，濾液中加入氨水、醋酸銨、硫化氫，除去Ca²⁺、Mg²⁺、重金屬，濾液中再加入碳酸氫銨得到碳酸鍶，濾液中含有Sr²⁺，進(jìn)行循環(huán)利用．
（1）步驟①是硝酸鍶與重鉻酸銨反應(yīng)得到BaCr₂O₇沉淀；
（2）步驟②是酸性條件下Cr₂O₇^2-被還原為Cr³⁺，草酸被氧化為二氧化碳；
（3）Cr³⁺濃度為10^-5mol/L沉淀完全，根據(jù)Ksp[Cr（OH）₃]計(jì)算溶液中c（OH^-），進(jìn)而計(jì)算控制溶液pH；
（4）加入氨水溶液呈堿性，增大硫離子濃度；
（5）將碳酸氫根離子轉(zhuǎn)化為碳酸根離子；
（6）碳酸鍶表面會(huì)附著銨鹽，加熱會(huì)分解．

解答 解：硝酸鍶用水溶解，加入重鉻酸銨除鋇得到BaCr₂O₇沉淀，過濾分離，濾液中加入硝酸、草酸還原Cr₂O₇^2-，再加入氨水中和、沉淀得到Cr（OH）₂，可知Cr₂O₇^2-被還原為Cr³⁺，草酸被氧化為二氧化碳，再過濾分離，濾液中加入氨水、醋酸銨、硫化氫，除去Ca²⁺、Mg²⁺、重金屬，濾液中再加入碳酸氫銨得到碳酸鍶，濾液中含有Sr²⁺，進(jìn)行循環(huán)利用．
（1）步驟①是硝酸鍶與重鉻酸銨反應(yīng)得到BaCr₂O₇沉淀，反應(yīng)離子方程式為：Ba²⁺+Cr₂O₇^2-=BaCr₂O₇↓，
故答案為：Ba²⁺+Cr₂O₇^2-=BaCr₂O₇↓；
（2）步驟②是酸性條件下Cr₂O₇^2-被還原為Cr³⁺，草酸被氧化為二氧化碳，反應(yīng)離子方程式為：3H₂C₂O₄+8H⁺+Cr₂O₇^2-=2Cr³⁺+6CO₂↑+7H₂O，
故答案為：3H₂C₂O₄+8H⁺+Cr₂O₇^2-=2Cr³⁺+6CO₂↑+7H₂O；
（3）Cr³⁺濃度為10^-5mol/L沉淀完全，Ksp[Cr（OH）₃]=6.4×10^-31，此時(shí)溶液中c（OH^-）=$\root{3}{\frac{6.4×1{0}^{-31}}{1{0}^{-5}}}$mol/L=4×10^-9mol，溶液pH=-lg$\frac{1{0}^{-14}}{4×1{0}^{-9}}$=5.6，故應(yīng)控制pH≥5.6，
故答案為：pH≥5.6；
（4）加入氨水溶液呈堿性，增大硫離子濃度，使所有重金屬雜質(zhì)沉淀除去，
故答案為：增大硫離子濃度，使所有重金屬雜質(zhì)沉淀除去；
（5）用氨水控制溶液pH在7～8之間的原因是：將碳酸氫根離子轉(zhuǎn)化為碳酸根離子，確保生成碳酸鍶沉淀，
故答案為：將碳酸氫根離子轉(zhuǎn)化為碳酸根離子，確保生成碳酸鍶沉淀；
（6）碳酸鍶表面會(huì)附著銨鹽，在200°C烘干使銨鹽分解完全，
故答案為：使碳酸鍶上吸附的銨鹽分解完全．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備工藝流程，涉及離子方程式書寫、對(duì)操作與試劑的分析評(píng)價(jià)、條件控制、物質(zhì)分離提純等，關(guān)鍵是對(duì)原理的理解．